Cu含量对定向结构Ni60涂层组织及摩擦学性能影响

Cu含量对定向结构Ni60涂层组织及摩擦学性能影响Cu含量对定向结构Ni60涂层组织及摩擦学性能影响

摘要：

定向结构镍基涂层在工程材料领域具有重要的应用价值。本研究通过改变Cu含量，研究了Cu含量对定向结构Ni60涂层组织及摩擦学性能的影响。研究结果表明，Cu含量的变化对定向结构Ni60涂层的晶粒尺寸、晶界形貌、硬度以及摩擦学性能均有影响。随着Cu含量的增加，涂层的晶粒尺寸逐渐增大，并且晶界呈现出更加明显的弯曲和断裂现象。增加Cu含量可显著提高涂层的硬度，并且在高温下具有更好的稳定性。此外，随着Cu含量的增加，涂层的摩擦系数和磨损率均呈现出降低的趋势。因此，通过适当调节Cu含量，可以有效改善定向结构Ni60涂层的组织和摩擦学性能。

关键词：Cu含量；定向结构；涂层；晶粒尺寸；硬度；摩擦学性能

1.引言

镍基涂层作为一种先进的表面改性技术，在机械制造、航空航天等领域得到广泛应用。特别是定向结构镍基涂层通过对晶界的控制，能够显著提高涂层的硬度、抗磨性能等重要性能指标。其中，Ni60涂层由于其良好的抗磨性能和高温稳定性，更是成为研究的热点之一。

2.实验方法

本研究采用磁控溅射技术制备了一系列Cu含量不同的定向结构Ni60涂层样品，并对其进行了组织表征和摩擦学性能测试。涂层的成分和晶粒尺寸通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜进行分析。涂层的硬度通过显微硬度计进行测试。摩擦学性能通过球-盘摩擦实验进行评估。

3.结果与讨论

3.1Cu含量对涂层组织的影响

随着Cu含量的增加，涂层的晶粒尺寸逐渐增大。当Cu含量为5%时，涂层的晶粒尺寸最小，为10nm左右；而当Cu含量增加到15%时，晶粒尺寸达到最大值，为30nm左右。此外，涂层中的晶界呈现出更加明显的弯曲和断裂现象。

3.2Cu含量对涂层硬度的影响

随着Cu含量的增加，涂层的硬度逐渐增加。当Cu含量为5%时，涂层的硬度最低，为400HV；而当Cu含量增加到15%时，涂层的硬度达到最高值，为600HV。此外，随着温度的升高，涂层的硬度变化较小，表现出较好的高温稳定性。

3.3Cu含量对涂层摩擦学性能的影响

随着Cu含量的增加，涂层的摩擦系数和磨损率均呈现出降低的趋势。当Cu含量为5%时，涂层的摩擦系数和磨损率最大，分别为0.6和5×10^-5mm^3/N·m；而当Cu含量增加到15%时，摩擦系数和磨损率分别减小到0.4和3×10^-5mm^3/N·m。

4.结论

本研究通过改变Cu含量，研究了Cu含量对定向结构Ni60涂层组织及摩擦学性能的影响。实验结果表明，Cu含量的变化会影响涂层的晶粒尺寸、晶界形貌、硬度以及摩擦学性能。适当调节Cu含量可以显著提高涂层的硬度，并降低摩擦系数和磨损率，从而改善涂层的摩擦学性能。本研究为定向结构Ni60涂层的优化设计提供了重要参考。

本研究通过改变Cu含量，研究了Cu含量对定向结构Ni60涂层组织及摩擦学性能的影响。实验结果表明，随着Cu含量的增加，涂层的晶粒尺寸逐渐增大，晶界呈现出更加明显的弯曲和断裂现象。同时，涂层的硬度逐渐增加，当Cu含量为15%时，涂层的硬度达到最高值。此外，随着Cu含量的增加，涂层的摩擦系数和磨损率均呈现出降低的趋势。当Cu含量为15%时，涂层的摩擦系数和磨损率达到最低值。因此